Là cảm biến khí ở trạng thái rắn chính, các cảm biến khí bán dẫn oxit kim loại nano được sử dụng rộng rãi trong sản xuất công nghiệp, giám sát môi trường, chăm sóc sức khỏe và các lĩnh vực khác về độ nhạy cao, chi phí sản xuất thấp và đo tín hiệu đơn giản. Hiện tại, nghiên cứu về việc cải thiện các đặc tính cảm biến khí của vật liệu cảm biến oxit kim loại nano chủ yếu tập trung vào sự phát triển của các oxit kim loại nano, như cấu trúc nano và sửa đổi doping.

Các vật liệu cảm biến chất bán dẫn oxit kim loại nano chủ yếu là SNO2, ZnO, FE2O3, VO2, IN2O3, WO3, TiO2, v.v.

Hiện tại, hướng nghiên cứu chính là chuẩn bị các vật liệu nano có cấu trúc với diện tích bề mặt riêng biệt lớn, như ống nano, mảng nanorod, màng nano, vv để tăng khả năng hấp phụ khí và tốc độ khuếch tán khí, và do đó cải thiện độ nhạy và tốc độ phản ứng của khí. Doping nguyên tố của oxit kim loại, hoặc xây dựng hệ thống nanocompozit, các thành phần dopant hoặc composite được giới thiệu có thể đóng vai trò xúc tác, và cũng có thể trở thành chất mang phụ trợ để xây dựng cấu trúc nano, do đó cải thiện hiệu suất cảm biến khí tổng thể của vật liệu cảm biến.

1. Vật liệu cảm biến khí được sử dụng oxit thiếc nano (SNO2)

Oxit thiếc (SNO2) là một loại vật liệu nhạy cảm khí nhạy cảm chung. Nó có độ nhạy tốt đối với các khí như ethanol, H2S và CO. Độ nhạy khí của nó phụ thuộc vào kích thước hạt và diện tích bề mặt riêng. Kiểm soát kích thước của Nanopowder SNO2 là chìa khóa để cải thiện độ nhạy khí.

Dựa trên các loại bột oxit nano mesopious và macropious, các nhà nghiên cứu đã chuẩn bị các cảm biến màng dày có hoạt tính xúc tác cao hơn để oxy hóa CO, có nghĩa là hoạt động cảm biến khí cao hơn. Ngoài ra, cấu trúc nano đã trở thành một điểm nóng trong việc thiết kế các vật liệu cảm biến khí do SSA lớn, các kênh khuếch tán khí và truyền tải khối lượng lớn.

2. Vật liệu cảm biến khí được sử dụng oxit sắt nano (FE2O3)

Oxit sắt (Fe2O3)Có hai dạng tinh thể: alpha và gamma, cả hai đều có thể được sử dụng làm vật liệu cảm biến khí, nhưng các đặc tính cảm biến khí của chúng có sự khác biệt lớn. α-FE2O3 thuộc cấu trúc corundum, có tính chất vật lý ổn định. Cơ chế cảm biến khí của nó được điều khiển bề mặt và độ nhạy của nó thấp. γ-FE2O3 thuộc cấu trúc spinel và có thể di chuyển. Cơ chế cảm biến khí của nó chủ yếu là kiểm soát sức cản cơ thể. Nó có độ nhạy tốt nhưng ổn định kém, và dễ dàng thay đổi thành α-FE2O3 và giảm độ nhạy khí.

Nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp để kiểm soát hình thái của các hạt nano Fe2O3, và sau đó sàng lọc các vật liệu nhạy cảm với khí phù hợp, chẳng hạn như nanobeams α-FE2O3, nanorods α-FE2O3, NanoroDS

3. Vật liệu cảm biến khí được sử dụng oxit kẽm nano (ZnO)
Oxit kẽm (ZnO)là một vật liệu nhạy cảm với khí kiểm soát bề mặt điển hình. Cảm biến khí dựa trên ZnO có nhiệt độ hoạt động cao và tính chọn lọc kém, làm cho nó ít được sử dụng rộng hơn nhiều so với các ống nano SNO2 và FE2O3. Do đó, việc chuẩn bị cấu trúc mới của vật liệu nano ZnO, sửa đổi pha tạp của nano-ZnO để giảm nhiệt độ vận hành và cải thiện tính chọn lọc là trọng tâm của nghiên cứu về vật liệu cảm biến khí nano ZnO.

Hiện tại, sự phát triển của phần tử cảm biến khí nano-ZnO đơn tinh thể là một trong những hướng biên giới, chẳng hạn như cảm biến khí nano tinh thể đơn ZnO.

4. Vật liệu cảm biến khí được sử dụng Nano Indium Oxide (IN2O3)
Oxit indium (in2o3)là một vật liệu cảm biến khí bán dẫn loại N mới nổi. So với SNO2, ZnO, Fe2O3, v.v., nó có khoảng cách dải rộng, điện trở suất nhỏ và hoạt động xúc tác cao, và độ nhạy cao với CO và NO2. Vật liệu nano xốp được đại diện bởi Nano In2O3 là một trong những điểm nóng nghiên cứu gần đây. Các nhà nghiên cứu đã tổng hợp các vật liệu In2O3 được đặt hàng bằng cách sao chép mẫu silica trung mô. Các vật liệu thu được có độ ổn định tốt trong phạm vi 450-650 ° C, vì vậy chúng phù hợp cho các cảm biến khí có nhiệt độ hoạt động cao hơn. Chúng rất nhạy cảm với metan và có thể được sử dụng để theo dõi vụ nổ liên quan đến nồng độ.

5. Vật liệu cảm biến khí được sử dụng Nano Vonfram Oxide (WO3)
Hạt nano WO3là một vật liệu bán dẫn hợp chất kim loại chuyển tiếp đã được nghiên cứu rộng rãi và áp dụng cho đặc tính cảm biến khí tốt của nó. Nano WO3 có các cấu trúc ổn định như triclinic, monoclinic và orthorhombic. Các nhà nghiên cứu đã chuẩn bị các hạt nano WO3 bằng phương pháp đúc nano bằng cách sử dụng SiO2 mesopious làm mẫu. Người ta đã phát hiện ra rằng các hạt nano WO3 đơn hình với kích thước trung bình 5nm có hiệu suất cảm biến khí tốt hơn và các cặp cảm biến thu được từ sự lắng đọng điện di của hạt nano WO3 Nồng độ thấp của NO2 có phản ứng cao.

Sự phân bố đồng nhất của các hạt nano WO3 pha hình lục giác được tổng hợp bằng phương pháp trao đổi ion-hydrothermal. Kết quả kiểm tra độ nhạy khí cho thấy cảm biến khí nano WO3 có nhiệt độ hoạt động thấp, độ nhạy cao đối với acetone và trimethylamine và thời gian phục hồi phản ứng lý tưởng, cho thấy triển vọng ứng dụng tốt của vật liệu.

6. Vật liệu cảm biến khí đã sử dụng nano titan dioxide (TiO2)
Titan dioxide (TiO2)Vật liệu cảm biến khí có những ưu điểm của sự ổn định nhiệt tốt và quá trình chuẩn bị đơn giản, và dần dần trở thành một vật liệu nóng khác cho các nhà nghiên cứu. Hiện tại, nghiên cứu về cảm biến khí nano-TiO2 tập trung vào cấu trúc nano và chức năng hóa các vật liệu cảm biến TiO2 bằng cách sử dụng công nghệ nano mới nổi. Ví dụ, các nhà nghiên cứu đã chế tạo các sợi TiO2 rỗng quy mô micro-nano bằng công nghệ điện điện đồng trục. Sử dụng công nghệ ngọn lửa trì trệ, điện cực chéo được đặt nhiều lần trong ngọn lửa trì trệ trước với titan tetraisopropoxide làm tiền thân, và sau đó phát triển trực tiếp để tạo thành màng xốp của anh ta.

7. Vật liệu tổng hợp oxit nano cho vật liệu cảm biến khí
Các đặc tính cảm biến khí của các vật liệu cảm biến oxit kim loại nano có thể được cải thiện bằng cách pha tạp, không chỉ điều chỉnh độ dẫn điện của vật liệu, mà còn cải thiện tính ổn định và chọn lọc. Doping của các yếu tố kim loại quý là một phương pháp phổ biến và các yếu tố như AU và Ag thường được sử dụng làm chất dopant để cải thiện hiệu suất cảm biến khí của bột oxit kẽm nano. Các vật liệu cảm biến khí tổng hợp oxit nano chủ yếu bao gồm SNO2 pha tạp PD, pha tạp γ-Fe2O3 và nhiều nguyên tố được thêm vào vật liệu cảm biến hình cầu rỗng trong Phim WO3, do đó cải thiện độ nhạy của nó với NO2.

Hiện tại, vật liệu tổng hợp oxit graphene/nano-kim loại đã trở thành một điểm nóng trong các vật liệu cảm biến khí. Các nanocomposite graphene/SNO2 đã được sử dụng rộng rãi làm vật liệu cảm biến amoniac và NO2.